灭火原理与实例：钾盐添加剂细水雾与B类油池火相互作用

表6.9 为应用B3 喷头在不同压力下测试纯水细水雾扑灭4 种油池火的平均灭火时间。

表6.9　不同压力下纯水细水雾扑灭4种油池火的平均灭火时间　s

由表可知，在0.2 MPa下，灭正庚烷与乙醇火时，灭火时间均超过了30 s，认为未灭火，汽油和柴油的灭火时间大致相同。随着压力的提高，0.4 MPa下乙醇的灭火时间仍超过30 s，但正庚烷火焰被扑灭，汽油与柴油的灭火时间差异不大。0.6 MPa 下，乙醇灭火时间很不稳定，实验中会出现无法灭火和可以灭火交替出现的情况，并且同种灭火实验条件下的灭火时间差异较大。正庚烷、汽油和柴油的灭火时间都进一步缩短。由灭火时间数据可以看出，乙醇火最难熄灭，其次是正庚烷火和柴油火，汽油火的灭火时间受压力影响变化剧烈，压力增大，灭火所用时间迅速减少。

图6.10为0.4 MPa下纯水细水雾扑灭4种油池火的温度曲线。

图6.10　纯水细水雾扑灭4种油池火时间-温度曲线

（a）正庚烷；（b）乙醇；（c）汽油；（d）柴油

由图可以看出，加载细水雾后，乙醇火火场温度急速下降，但仍无法灭火，当停止施加细水雾时，火焰继续燃烧，热电偶温度上升。柴油与正庚烷和汽油相比，在燃烧过程中具有较高的油面温度，并且柴油的油面温度在施加细水雾后出现明显降低。随着细水雾的施加，乙醇、汽油与柴油的火焰温度下降速率均快于正庚烷的。

依据方程（6.17）和方程（6.18）计算得到的纯水扑灭4 种燃料的临界流量见表6.10。方程中燃料的热力学数据源自文献［249］，燃料燃烧速率与油面温度由实验结果确定，水的蒸发潜热为2.58 kJ·g-1；水蒸气、液态水和空气的热容分别为2.1 kJ·kg-1·℃-1、4.2 kJ·kg-1·℃-1和1.15 kJ·kg-1·℃-1。(www.xing528.com)

表6.10　纯水扑灭4种燃料的临界流量值

由表可知，正庚烷、汽油和柴油燃料，细水雾冷却火焰所需的水量xmw均大于冷却燃料表面所需的水量（1 - x）mw，即冷却燃料表面为细水雾抑制熄灭上述3 种燃料的主导机理。乙醇燃料灭火实验中，细水雾冷却火焰所需的水量略小于冷却燃料表面所需的水量，说明冷却火焰和冷却燃料表面对于细水雾扑灭乙醇火来说作用相差不大，冷却火焰为主导机理。由表6.4可知，B3喷头在流量分别为1.9 L·min-1、2.5 L·min-1和3.1 L·min-1条件下，油盘边缘处（10 cm）细水雾通量分别为0.036 6 kg·m-2·s-1、0.082 1 kg·m-2·s-1和0.083 8 kg · m-2 · s-1，可以看出，当流量为1.9 L · min-1（0.2 MPa）时，油盘边缘的细水雾通量小于庚烷火熄灭所需的临界流量值，大于乙醇、汽油和柴油的临界流量值，因此实验过程中观察到的现象为正庚烷灭火未成功。乙醇燃料的灭火未成功是由于乙醇与水互溶，且乙醇的着火点很低，细水雾无法将燃料表面温度降低到着火点以下。由此可以看出，针对着火点很低的燃料，降低燃料表面温度无法起到灭火的决定性作用。而对于汽油和柴油火来说，当流量为1.9 L · min-1时，虽然观察到的实验现象为成功灭火，但由于在此条件下细水雾液滴穿透火羽到达燃料表面的数量有限，因此，灭火时间相比2.5 L · min-1和3.1 L · min-1条件下的来说较长。

纯水细水雾扑灭4种油池火的各阶段现象如图6.11所示。

由图可以看出，除乙醇外，其他3 种燃料的灭火强化阶段均较为剧烈，并且经过火焰强化阶段后，火焰根部高高抬起，脱离燃料表面。细水雾与柴油表面接触后，发生明显的喷溅现象。产生这种现象的原因是雾滴与高温的燃料发生撞击，雾滴受热迅速汽化膨胀做功，从而引发飞溅与共沸现象。

图6.11　纯水细水雾扑灭B类油池火的各阶段

（a）正庚烷；（b）乙醇；（c）汽油；（d）柴油

随着细水雾的加载，乙醇燃料进入火焰压制阶段后，其火焰亮度逐渐变暗，但仍不会熄灭，这是因为乙醇与水互溶。随着燃料含水量的上升，燃料燃烧速度减缓，所需氧气含量也随之降低。乙醇自身含有氧元素，相较于其他燃料，同等质量的乙醇燃烧所需的氧气较少。除此之外，乙醇的低着火点也增加了它的灭火难度。另外，乙醇火的火焰根部在细水雾的作用下始终未脱离燃料表面，并且二次强化现象也不明显，这也说明乙醇燃料较其他3 种燃料更难被扑灭。